保证测量精度又能提高工作效率。本发明提供了一种用于研究滨海地下水库污染物运移的实验装置和模拟方法,解决传统地下水溶质运移模拟装置，由于缺乏形成地下水库水动力条件的关键设施，无法刻画地下水库中污染物运移动力学过程的问题。既可以直观观测污染物含量的时空分布、富集效应，又能测试不同位置处污染物运移的轨迹和停留时间，建立地下水库结构、水动力条件与污染物运移的作用关系。本装置中截渗墙结构、污染源强度均可调节，可以探究不同地下水库空间、水动力条件、污染(56)对比文件Fang Yunhai.Combined effects ofaquifer heterogeneity and subsurface damon nitrate contamination in coastalaquifers《.Journal of EnvironmentalManagement》.2023,第1-13页.Fang Yunhai.Submarine groundwaterdischarge in response to the constructionof subsurface physical barriers incoastal aquofers《.Journal of Hydrology》.2022,第1-14页.
1.一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置，包括渗流槽（1）、淡水桶（2）、海水桶（3），其特征在于,所述实验装置还包括截渗墙模拟系统、污染源模拟系统、成像系统、监测系统，渗流槽（1）的内部通过两块第一透水隔板（4）将渗流槽（1）内部从左至右依次分成三个部分：海水室（5）、中央室（6）和淡水室（7），海水室（5）的底部与海水桶（3）相连接，由潜水泵将海水从海水桶（3）泵入海水室（5），海水桶（3）内部装有模拟海水，由去离子水和食盐混合配制，并用食品红染色剂进行染色，海水桶（3）和海水室（5）之间的连接管道上设置有第一流量计（8）测定其流量，海水室（5）的上部设置有海水室溢流口（9），海水室溢流口（9）处设置有第二流量计（10），淡水室（7）的上部设置有淡水室溢流口（11），淡水室溢流口（11）处设置有第三流量计（12），淡水室（7）底部与淡水桶（2）相连接，由淡水桶（2）通过潜水泵向淡水室（7）供水，淡水桶（2）内装有淡水，淡水采用去离子水模拟，淡水室（7）和淡水桶（2）之间的连接管道上设置有第四流量计（13）测定其流量；
所述中央室（6）内部填充砂样，砂样为白色石英砂，砂样填充高度为32 cm，采用饱水的方式装填砂样，水位始终高于填装的砂样位置10 cm；
所述截渗墙模拟系统安装在中央室（6）内部，截渗墙模拟系统包括插口槽（14）和可以插入、抽出插口槽（14）的插板（15），插板（15）采用硬质多孔亚克力板制成，插板（15）的下部由防水胶带（16）密封，插口槽（14）位置设置在距离海水室39 cm处，插口槽（14）包括两块第二透水隔板（17）垂直安装在中央室（6）内部，第二透水隔板（17）由硬质亚克力板制成，上面布满小孔并包裹上纱网；
所述污染源模拟系统包括储液罐（18）、蠕动泵（19）、面源布洒器（20）、点源布洒器（21），储液罐（18）内部为硝酸盐溶液，并用亮蓝染色的污染溶液，储液罐（18）通过蠕动泵（19）分别将污染溶液泵入面源布洒器（20）和点源布洒器（21），且面源布洒器（20）和点源布洒器（21）的入液管道上分别装有止水夹，面源布洒器（20）为底部光滑且布满小孔的玻璃皿，面源布洒器（20）放置中央室（6）顶部，距离淡水室（7）20 cm处，点源布洒器（21）包括空心的钢球及在其外部对钢球起固定作用的钢丝网，钢球直径为1cm，表面布满小孔，且仅能够透水、隔离多孔介质，点源布洒器（21）分别进行水平和垂直布设在中央室（6）的砂样内部，在中央室（6）的砂样顶部以下5cm处，按等间距14cm水平布设8个点源布洒器（21），在距离淡水室（7）的5cm处，以相同间距6cm垂直布设5个点源布洒器（21）；
所述成像系统包括相机（22）和照明装置，相机（22）位于中央室（6）正面，照明装置包括红色遮光布（23）与灯箱（24），渗流槽（1）和相机（22）之间外围用宽3米红色遮光布（23）构造暗室，灯箱（24）放置在渗流槽（1）背面，灯箱（24）为排布均匀的LED灯带组成，表面为白色透光的薄膜；
所述监测系统包括15个取样口（25），中央室（6）的背面以相同的水平和垂直间距布设了15个取样口（25），取样口（25）为直径6 mm、长度为3 cm的硬质玻璃管，镶嵌在渗流槽（1）上并朝向外部，取样口（25）内部塞入纱网，取样口（25）外部套装有橡胶管，并用止水夹夹住，实验过程中打开止水夹进行取样。
2.根据权利要求1所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于,所述渗流槽（1）由厚度为15 mm的有机玻璃板构成，其长度为173 cm，宽8 cm，高45 cm。
3.根据权利要求1所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于，所述插板（15）采用厚度6mm的硬质多孔亚克力板制成。
4.根据权利要求3所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于，所述第二透水隔板（17）的间距7mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于,所述中央室（6）内部填充白色石英砂砂样粒径为d50=0.5 mm，d90/d10=2.6。
6.根据权利要求5所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于，所述储液罐（18）内部的污染溶液，其配制通过溶解0.725 g的分析纯硝酸钾KNO3于每升去离子水中，并用亮蓝进行染色以区分海水和淡水，其密度测定为1004 g/L，对应硝态氮‑NO3‑N浓度为100 mg/L。
7.根据权利要求6所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于，所述海水桶（3）内部的海水浓度为35g/L，密度为1025 g/L。
8.根据权利要求7所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置,其特征在于，所述淡水桶（2）内的淡水其盐度为0 g/L，密度为1000 g/L。
9.如权利要求8所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置的模拟方法,其特征在于，具体步骤如下：S1：实验材料准备；准备白色石英砂、淡水、染色后的海水、染色后的污染溶液；
S2：砂样的装填；采用饱水的方式装填白色石英砂的砂样；砂样装填完毕并饱水静置6小时后，调节淡水室（7）水位高度为25 cm，海水室（5）水位高度为24 cm；
S3：图像处理；配制一系列浓度的污染溶液使其充满中央室（6），用相机（22）拍摄得到颜色照片，并利用MATLAB软件转化成该浓度下的RGB值，建立中央室（6）不同位置点处的灰度‑浓度标准曲线；
S4：地下水库水动力条件形成；插板（15）插入插口槽（14），模拟截渗墙防控海水入侵过程，打开海水桶（3）内的潜水泵，海水从底部流入海水室（5），驱替淡水，并从海水室溢流口（9）流出，最终整个海水室（5）被海水占据；海水入侵开始，中央室（6）下部形成咸水楔，并向内陆移动，直至截渗墙位置处；
S5：地下水库硝酸盐面源污染过程；打开面源布洒器（20）或点源布洒器(21)的止水夹，
由蠕动泵（19）以固定的流量0.01 m/d，从含水介质顶部释放硝酸盐污染溶液，观测地下水库污染物迁移过程；实验过程中，秒表记录实验运行时间，相机（22）每隔1分钟拍摄一次，记录中央室内硝酸盐污染范围的变化；从中央室（6）背面15个取样口（25）每隔5分钟采集水样一次，并采用紫外分光光度法测定硝态氮的含量；待中央室（6）内硝酸盐污染范围不再变化，终止实验；
S6：数据分析；实验结束后，整理不同时刻拍摄的实验照片，利用MATLAB软件转化成灰度图像，并基于步骤S3建立的灰度‑浓度定量关系，得到地下水库硝酸盐的浓度信息；将取样口处采样、测定的硝酸盐浓度与拍照、转化得到的硝酸盐浓度进行对比，验证后者的有效性；
式中，Q1和Q2分别为第二流量计（10）和第一流量计（8）记录的流量；
式中，QT为地下水库增加的水量，Q3和Q4分别为第四流量计（13）和第三流量计（12）记录的流量，Q5为污染源模拟系统中蠕动泵（19）泵入的流量。
10.根据权利要求9所述的一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置的模拟方法,其特征在于，所述步骤S3中一系列浓度为0mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L、80 mg/L、90 mg/L、100 mg/L浓度的污染溶液。
用于研究滨海地下水库污染物运移的实验装置和模拟方法
技术领域
[0001] 本发明涉及地下水溶质迁移模拟装置技术领域，具体而言，特别涉及一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置和模拟方法。
背景技术
[0002] 地下水库是指充分利用天然地下储水空间开发建设的具有拦蓄、调节和利用地下水作用并兼有环境保护功能的地质工程。滨海地下水库为防止海水入侵，一般在含水层下游（靠海一侧）修建地下截渗墙，形成海水向内陆入侵的物理阻隔。截渗墙建造后，可抬升上游含水层地下水位，增大地下淡水储存量，截渗墙上游空间被当作地下水库。但国内外工程实践表明，滨海地下水库建成后，水库向下游排泄的地下水量减少（甚至断流），会造成地下水库中污染物的富集，污染地下水，降低地下水库的经济社会效益。
[0003] 弄清地下水库中污染物迁移、富集的作用机制，对滨海地下淡水资源保护具有重要的科学意义。关于地下水库中污染物迁移的机理研究，常用的研究方法包括场地监测和数值模拟。场地监测是通过布设监测井、取样和水化学分析后，对地下水库内和下游监测点污染物的浓度进行对比，确定污染物来源和贡献。数值模拟则是基于概化的水文地质模型和数学模型，利用数值方法模拟含水层中溶质迁移过程，从而确定地下水库污染物的时空分布。场地监测野外工作量大，并且数据有限，无法刻画整个含水层污染物的运动规律。而数值模拟给出的结果为近似解，计算精度受模型概化、时空离散策略、数值振荡等因素影响。
[0004] 室内砂槽实验模拟含水层中污染物的运动，也是研究地下水溶质迁移的一种重要手段。该方法相对野外实验工作量小，同时也能还原整个含水层污染物的运动规律。但目前，传统的地下水溶质迁移模拟装置，由于缺乏形成地下水库的设施，无法进行滨海地下水库中污染物迁移的实验。因此，有必要专门设计一套可以模拟滨海地下水库中污染物迁移的实验装置和方法，解决上述问题。
[0005] 常见的地下水溶质迁移模拟装置，由于缺乏形成地下水库的关键设施（截渗墙），无法还原滨海地下水库的水动力条件，进而不能刻画地下水库中污染物迁移的动力学过程。此外，这类装置污染物浓度的测量精度也有待提高。本发明设计一种模拟滨海地下水库污染物迁移的实验装置和方法，既可以直观观测污染物含量的时空分布、富集效应，又能测试不同位置处污染物迁移的轨迹和停留时间，建立地下水库结构、水动力条件与污染物迁移的响应关系。
发明内容
[0006] 滨海地下水库为保护淡水资源，一般在下游修建不透水的地下截渗墙，防止海水入侵。截渗墙类型、位置、高度的不同，所形成的地下水库空间、水动力条件也不一样，影响污染物在水库里迁移、富集过程。而传统的地下水溶质迁移模拟装置，由于缺乏形成地下水库的设施，无法刻画地下水库中污染物迁移的动力学过程。为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置和模拟方法，既可以直观观测污染物含量的时空分布、富集效应，又能测试不同位置处污染物迁移的轨迹和停留时间，建立地下水库结构、水动力条件与污染物迁移的响应关系。
[0007] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置，包括渗流槽、淡水桶、海水桶，其中实验装置还包括截渗墙模拟系统、污染源模拟系统、成像系统、监测系统，渗流槽的内部通过两块第一透水隔板将渗流槽内部从左至右依次分成三个部分：海水室、中央室和淡水室，海水室的底部与海水桶相连接，由潜水泵将海水从海水桶泵入海水室，海水桶内部装有模拟海水，由去离子水和食盐混合配制，并用食品红染色剂进行染色，海水桶和海水室之间的连接管道上设置有第一流量计测定其流量，海水室的上部设置有海水室溢流口，海水室溢流口处设置有第二流量计，淡水室的上部设置有淡水室溢流口，淡水室溢流口处设置有第三流量计，淡水室底部与淡水桶相连接，由淡水桶通过潜水泵向淡水室供水，淡水桶内装有淡水，淡水采用去离子水模拟，淡水室和淡水桶之间的连接管道上设置有第四流量计测定其流量；
[0008] 中央室内部填充砂样，砂样为白色石英砂，砂样填充高度为32 cm，采用饱水的方式装填砂样，水位始终高于填装的砂样位置10 cm；
[0009] 截渗墙模拟系统安装在中央室内部，截渗墙模拟系统包括插口槽和可以插入、抽出插口槽的插板，插板采用硬质多孔亚克力板制成，插板的下部由防水胶带密封，插口槽位置设置在距离海水室39 cm处，插口槽包括两块第二透水隔板垂直安装在中央室内部，第二透水隔板由硬质亚克力板制成，上面布满小孔并包裹上纱网；
[0010] 污染源模拟系统包括储液罐、蠕动泵、面源布洒器、点源布洒器，储液罐内部为亮蓝染色的硝酸盐污染溶液，储液罐通过蠕动泵分别将污染溶液泵入面源布洒器和点源布洒器，且面源布洒器和点源布洒器的入液管道上分别装有止水夹，面源布洒器为底部光滑且布满小孔的玻璃皿，面源布洒器放置中央室顶部，距离淡水室20 cm处，点源布洒器包括空心的钢球及在其外部对钢球起固定作用的钢丝网，钢球直径为1cm，表面布满小孔，且仅能够透水、隔离多孔介质，点源布洒器分别进行水平和垂直布设在中央室的砂样内部，在中央室的砂样顶部以下5cm处，按等间距14cm水平布设8个点源布洒器，在距离淡水室的5cm处，以相同间距6cm垂直布设5个点源布洒器；
[0011] 成像系统包括相机和照明装置，相机位于中央室正面，照明装置包括红色遮光布与灯箱，渗流槽和相机之间外围用宽3米红色遮光布构造暗室，灯箱放置在渗流槽背面，灯箱为排布均匀的LED灯带组成，表面为白色透光的薄膜；
[0012] 监测系统包括15个取样口，中央室的背面以相同的水平和垂直间距布设了15个取样口，取样口为直径6 mm、长度为3 cm的硬质玻璃管，镶嵌在渗流槽上并朝向外部，取样口内部塞入纱网，取样口外部套装有橡胶管，并用止水夹夹住，实验过程中可以打开止水夹进行取样。
[0013] 作为优选方案，渗流槽由厚度为15 mm的有机玻璃板构成，其长度为173 cm，宽8 cm，高45 cm。
[0014] 作为优选方案，插板采用厚度6mm的硬质多孔亚克力板制成。
[0015] 进一步地，第二透水隔板的间距7mm。
[0016] 进一步地，中央室内部填充白色石英砂砂样粒径为d50=0.5 mm，d90/d10=2.6。
[0017] 进一步地，储液罐内部的污染溶液，其配制通过溶解0.725 g的分析纯硝酸钾KNO3于每升去离子水中，并用亮蓝进行染色以区分海水和淡水，其密度测定为1004 g/L，对应硝‑态氮NO3‑N浓度为100 mg/L。
[0018] 进一步地，海水桶内部的海水浓度为35g/L，密度为1025 g/L。
[0019] 进一步地，淡水桶内的淡水其盐度为0 g/L，密度为1000 g/L。
[0020] 一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置的模拟方法,具体步骤如下：
[0021] S1：实验材料准备；准备白色石英砂、淡水、染色后的海水、染色后的污染溶液；
[0022] S2：砂样的装填；采用饱水的方式装填白色石英砂的砂样；砂样装填完毕并饱水静置6小时后，调节淡水室水位高度为25 cm，海水室水位高度为24 cm。
[0023] S3：图像处理；配制一系列浓度的污染溶液使其充满中央室，用相机拍摄得到颜色照片，并利用MATLAB软件转化成该浓度下的RGB值，建立中央室不同位置点处的灰度‑浓度标准曲线；
[0024] S4：地下水库水动力条件形成；插板插入插口槽，模拟截渗墙防控海水入侵过程，打开海水桶内的潜水泵，海水从底部流入海水室，驱替淡水，并从海水室溢流口流出，最终整个海水室被海水占据；海水入侵开始，中央室下部形成咸水楔，并向内陆移动，直至截渗墙位置处；
[0025] S5：地下水库硝酸盐面源污染过程；打开面源布洒器止水夹，由蠕动泵以固定的流3
量0.01 m /d，从含水介质顶部释放硝酸盐污染溶液，观测地下水库污染物迁移过程。实验过程中，秒表记录实验运行时间，相机每隔1分钟拍摄一次，记录中央室内硝酸盐污染范围的变化；从中央室背面15个取样口每隔5分钟采集水样一次，并采用紫外分光光度法测定硝态氮的含量；待中央室内硝酸盐污染范围不再变化，终止实验；
[0026] S6：数据分析；实验结束后，整理不同时刻拍摄的实验照片，利用MATLAB软件转化成灰度图像，并基于步骤S3建立的灰度‑浓度定量关系，得到地下水库硝酸盐的浓度信息；将取样口处采样、测定的硝酸盐浓度与拍照、转化得到的硝酸盐浓度进行对比，验证后者的有效性，；
[0027] 地下水库上游向下游排泄的通量Qf可以表示为：
[0028] （1），
[0029] 式中，Q1和Q2分别为第二流量计和第一流量计记录的流量；
[0030] 地下水库内部储水量的变化描述为：
[0031] （2），
[0032] 式中，QT为地下水库增加的水量，Q3和Q4分别为流量计和流量计记录的流量，Q5为污染源模拟系统中蠕动泵19泵入的流量。
[0033] 作为优选方案，步骤S3中一系列浓度为0mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70 mg/L、80 mg/L、90 mg/L、100 mg/L浓度的污染溶液。
[0034] 本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：
[0035] （1）本发明专门设计一套可以模拟滨海地下水库污染物迁移的实验装置和方法，解决传统地下水溶质迁移模拟装置，由于缺乏形成地下水库水动力条件的关键设施，无法刻画地下水库中污染物迁移动力学过程的问题。本装置和模拟方法既可以直观观测污染物含量的时空分布、富集效应，又能测试不同位置处污染物迁移的轨迹和停留时间，建立地下水库结构、水动力条件与污染物迁移的作用关系。
[0036] （2）本装置中截渗墙结构（类型、位置、高度）、污染源强度（位置、入渗速率、浓度）均可调节，可以探究不同地下水库空间、水动力条件、污染源强作用下目标污染物迁移‑富集过程。
[0037] （3）污染物浓度测定以间接方法（拍照、转化、提取）为主，并结合直接方法（采样、化学分析）进行验证，既能保证测量精度又能提高工作效率。
[0038] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0039] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0040] 图1为本发明的结构示意图，
[0041] 其中，图1中附图标记与部件之间的对应关系为：
[0042] 1渗流槽，2淡水桶，3海水桶，4第一透水隔板，5海水室，6中央室，7淡水室，8流量计，9溢流口，10流量计，11溢流口，12流量计，13流量计，14插口槽，15插板，16插板不透水部分，17第二透水隔板，18储液罐，19蠕动泵，20面源布洒器，21点源布洒器，22相机，23遮光布，24灯箱，25取样口。
具体实施方式
[0043] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0044] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0045] 下面结合图1对本发明的实施例的用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置和模拟方法进行具体说明。
[0046] 如图1所示，本发明提出了一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置，包括渗流槽1、淡水桶2、海水桶3，渗流槽1由厚度为15 mm的有机玻璃板构成，其长度为173 cm，宽8 cm，高45 cm。其中，实验装置还包括截渗墙模拟系统、污染源模拟系统、成像系统、监测系统，渗流槽1的内部通过两块第一透水隔板4将渗流槽1内部从左至右依次分成三个部分：海水室5、中央室6和淡水室7，海水室5模拟定水头的海洋边界，海水室5的底部与海水桶3相连接，由潜水泵将海水从海水桶3泵入海水室5，海水桶3内部装有模拟海水，由去离子水和食盐混合配制，并用食品红染色剂进行染色，以区分淡水。海水桶3和海水室5之间的连接管道上设置有第一流量计8测定其流量，海水室5的上部设置有海水室溢流口9，用于控制海水位，海水室溢流口9处设置有第二流量计10，用于测定总排泄量。淡水室7模拟定水头的内陆边界，淡水室7的上部设置有淡水室溢流口11，水位高度由淡水室溢流口11控制，淡水室溢流口11处设置有第三流量计12，用于测定其回流的水量。淡水室7底部与淡水桶2相连接，由淡水桶2通过潜水泵向淡水室7供水，淡水桶2内装有淡水，淡水采用去离子水模拟，淡水室7和淡水桶2之间的连接管道上设置有第四流量计13测定其流量；
[0047] 中央室6模拟滨海潜水含水层，内部填充砂样，砂样为白色石英砂，砂样填充高度为32 cm，采用饱水的方式装填砂样，水位始终高于填装的砂样位置10 cm；中央室6内部填充白色石英砂砂样粒径为d50=0.5 mm，d90/d10=2.6，过筛后其粒径分布均匀。砂样使用前，用自来水漂洗若干次，烘干备用。
[0048] 截渗墙模拟系统安装在中央室6内部，截渗墙模拟系统包括插口槽14和可以插入、抽出插口槽14的插板15，插板15采用硬质多孔亚克力板制成，插板15的下部由防水胶带16密封，达到不透水效果，模拟截渗墙的隔水作用。插口槽14位置设置在距离海水室39 cm处，插口槽14包括两块第二透水隔板17垂直安装在中央室6内部，第二透水隔板17由硬质亚克力板制成，上面布满小孔并包裹上纱网，达到透水、隔离多孔介质的目的；插板15采用厚度6mm的硬质多孔亚克力板制成。第二透水隔板17的间距7mm，刚好允许插板15插入和抽出。
[0049] 污染源模拟系统包括储液罐18、蠕动泵19、面源布洒器20、点源布洒器21，储液罐18内部为硝酸盐溶液，并用亮蓝食品色素蓝1号染色的污染溶液，储液罐18通过蠕动泵19分别将污染溶液泵入面源布洒器20和点源布洒器21，且面源布洒器20和点源布洒器21的入液管道上分别装有止水夹，面源布洒器20为底部光滑且布满小孔的玻璃皿，面源布洒器20放置中央室6顶部，距离淡水室720cm处，污染溶液经布洒器垂直进入多孔介质。点源布洒器21包括空心的钢球及在其外部对钢球起固定作用的钢丝网，钢丝网起固定作用，水平和垂直放置在多孔介质内部，多个空心钢球可以按一定次序固定在钢丝网上。钢球直径为1cm，表面布满小孔，且仅能够透水、隔离多孔介质，点源布洒器21分别进行水平和垂直布设在中央室6的砂样内部，在中央室6的砂样顶部以下5cm处，按等间距14cm水平布设8个点源布洒器
21，在距离淡水室7的5cm处，以相同间距6cm垂直布设5个点源布洒器21；储液罐18内部的污染溶液，其配制通过溶解0.725 g的分析纯硝酸钾KNO3于每升去离子水中，并用亮蓝进行染‑
色以区分海水和淡水，其密度测定为1004 g/L，对应硝态氮NO3‑N浓度为100 mg/L。海水桶3内部的海水浓度为35g/L，密度为1025 g/L。淡水桶2内的淡水其盐度为0 g/L，密度为1000 g/L。
[0050] 成像系统包括相机22和照明装置，相机22位于中央室6正面，调整相机位置，确保能清晰拍摄中央室正面。照明装置包括红色遮光布23与灯箱24，渗流槽1和相机22之间外围用宽3米红色遮光布23构造暗室，以防止外界光源影响所拍摄照片的真实性，灯箱24放置在渗流槽1背面，灯箱24为排布均匀的LED灯带组成，表面为白色透光的薄膜，可进一步使灯箱24的灯光均匀；
[0051] 监测系统包括15个取样口25，实验过程中可随时取样、测量中央室6内污染物的浓度。中央室6的背面以相同的水平和垂直间距布设了15个取样口25，取样口25为直径6 mm、长度为3 cm的硬质玻璃管，镶嵌在渗流槽1上并朝向外部，取样口25内部塞入纱网，避免采样过程中多孔介质随水流流出。取样口25外部套装有橡胶管，并用止水夹夹住，实验过程中可以打开止水夹进行取样。
[0052] 实施例1
[0053] 一种用于研究滨海地下水库污染物迁移的实验装置的模拟方法,具体步骤如下：
[0054] S1：实验材料准备；准备白色石英砂、淡水、染色后的海水、染色后的污染溶液；过筛后其粒径分布均匀d50=0.5 mm，d90/d10=2.6，砂样使用前，用自来水漂洗若干次，烘干备用；淡水采用去离子水模拟，其盐度为0 g/L，密度为1000 g/L；海水则由去离子水和食盐混合配制，并用食品红染色剂进行染色，以区分淡水；配制的海水浓度为35g/L，密度为1025 g/L；本实验选择地下水典型污染物硝酸盐为例，污染溶液配制通过溶解0.725 g的分析纯硝酸钾KNO3于每升去离子水中，并用进行染色以区分海水和淡水，其密度测定为1004 g/L，‑对应硝态氮NO3‑N浓度为100 mg/L；
[0055] S2：砂样的装填；采用饱水的方式装填白色石英砂的砂样；水位始终高于填装的砂样位置10 cm，填充高度为32 cm；面源布洒器20布设在中央室的顶部，距离淡水室20 cm处。点源布洒器21分别进行水平和垂直布设，在填充砂样顶部以下5cm处，按等间距14cm水平布设8个点源布洒器。在距离淡水室5cm处，以相同间距6cm垂直布设5个点源布洒器。布洒器启用前，均用止水夹控制处于关闭状态。砂样装填完毕并饱水静置6小时后，调节淡水室7水位高度为25 cm，海水室5水位高度为24 cm。
[0056] S3：图像处理；配制一系列浓度为0mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L、70mg/L、80 mg/L、90 mg/L、100 mg/L浓度的污染溶液使其充满中央室6，用相机22拍摄得到颜色照片，并利用MATLAB软件转化成该浓度下的RGB值，建立中央室6不同位置点处的灰度‑浓度标准曲线；
[0057] S4：地下水库水动力条件形成；插板15插入插口槽14，模拟截渗墙防控海水入侵过程，打开海水桶3内的潜水泵，海水从底部流入海水室5，驱替淡水，并从海水室溢流口9流出，最终整个海水室5被海水占据；海水入侵开始，中央室6下部形成咸水楔，并向内陆移动，直至截渗墙位置处；由于墙体的阻挡作用，咸水楔停止向内陆侵入，沿截渗墙缓慢抬升。当墙体下游咸淡水分布不变时，可认为形成地下水库初始水动力条件。
[0058] S5：地下水库硝酸盐面源污染过程；打开面源布洒器20的止水夹，由蠕动泵19以固3
定的流量0.01 m /d，从含水介质顶部释放硝酸盐污染溶液，观测地下水库污染物迁移过程。实验过程中，秒表记录实验运行时间，相机22（佳能IXUS 285 HS）每隔1分钟拍摄一次，记录中央室内硝酸盐污染范围的变化；从中央室6背面15个取样口25每隔5分钟采集水样一次，并采用紫外分光光度法（光度计型号UNICO UV2800A）测定硝态氮的含量，水样测定过程参考标准HJ 634‑2012；待中央室6内硝酸盐污染范围不再变化，终止实验；
[0059] S6：数据分析；实验结束后，整理不同时刻拍摄的实验照片，利用MATLAB软件转化成灰度图像，并基于步骤S3建立的灰度‑浓度定量关系，得到地下水库硝酸盐的浓度信息；将取样口处采样、测定（直接方式）的硝酸盐浓度与拍照、转化得到（间接方式）的硝酸盐浓度进行对比，验证后者的有效性，提高污染物含量的测量精度；
[0060] 地下水库上游向下游排泄的通量Qf可以表示为：
[0061] （1），
[0062] 式中，Q1和Q2分别为第二流量计10和第一流量计8记录的流量；
[0063] 地下水库内部储水量的变化描述为：
[0064] （2），
[0065] 式中，QT为地下水库增加的水量，Q3和Q4分别为第四流量计13和第三流量计12记录的流量，Q5为污染源模拟系统中蠕动泵19泵入的流量。
[0066] 实施例2
[0067] 实施例1详细介绍了本装置用于观测滨海地下水库污染物迁移的实验过程，特别是面源污染。对于注重污染物迁移路径、停留时间的研究，可以在上述实施例1方案的步骤S5中关闭面源布洒器20，打开点源布洒器21，并控制污染物释放时间。点源布洒器每次开启一个，观测污染物在地下水库迁移过程，记录污染物迁移轨迹和时间。待污染物全部排出中央室后，关闭当前点源布洒器，开启另一个点源布洒器，重复上述过程，直到所有水平和垂直点源布洒器均先后测试完成，从而得到不同位置处陆源污染物在地下水库的运动轨迹和停留时间。综上所述，本发明设计的装置可以满足滨海地下水库污染物迁移的室内实验需求，为地下水库水体污染机理的理论研究提供可行的测试装置。
[0068] 在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0069] 在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0070] 以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
